通用紧凑型空气预清洁器、空气清洁方法和用于空气预清洁器的一次性空气滤筒

摘要

本发明公开了一种通用型空气预清洁器，空气清洁方法和用于空气预清洁器的一次性空气滤筒，其用来从含碎屑的空气移除比空气更重的微粒碎屑以提供清洁空气流。空气通过空气预清洁器的分离器腔室的流动路径在通往出口的途中往回折返。马达驱动的风扇的马达在流动路径中位于分离器腔室的下游。壳体的多个可独立旋转地调整的壳体部段形成有空气预清洁器含碎屑的空气入口、微粒碎屑喷射器端口、清洁空气出口和用来将空气预清洁器安装到支承件上以提供具有不同配置的效用的支架这些器件中的相应部件。包括碎屑喷射器端口的分离器腔室端部段连接到过滤器，作为可移除的、一次性空气滤筒，以在更换过滤器时避免喷射器端口堵塞。

说明书

技术领域

本发明针对于改进的空气预清洁器，空气清洁方法和用于空气预清洁器的一次性/用后即弃的空气滤筒，其从含碎屑的空气高效地移除比空气更重的微粒碎屑，以向其所用于的装置提供清洁的空气流。空气预清洁器为通用的并且紧凑的，以用于具有不同配置和在总空气流应用中的不同清洁空气流率性能要求的有限空间的应用中，诸如通风系统、用于热交换器和加热和空调系统的固定空气流提供器，以及具有可变空气流量需求的装置，特别地内燃机，内燃机在它们的待供应清洁空气的空气引入口中施加可变的真空。根据优选实施例的本发明表示在2011年8月30日发出的共同拥有的美国专利No. 8,007,565中所公开的空气预清洁器和方法的改进。

背景技术和发明内容

已知从待用于内燃机、通风系统和吸入含碎屑的空气的其它设备的空气离心地分离比空气更重的粒子的空气预清洁器及方法。这些包括：采用马达驱动的风扇来将含碎屑的空气抽吸入到空气预清洁器内的电动空气预清洁器；以及，仅依靠由被供应清洁空气的装置（诸如内燃机）向预清洁器施加的真空来将含碎屑的空气抽吸入到预清洁器内的空气预清洁器。已知的空气预清洁器可包括过滤器和/或结合具有过滤器的、在预清洁器的清洁空气出口下游的装置而使用，用于从空气移除额外碎屑。受让人的现有空气预清洁器的示例在以下美国专利号中示出：

5,656,050                6,319,304

5,766,315                6,338,745

6,406,506                7,056,368

6,425,943                7,452,409

6,878, 189。

已知的空气预清洁器的缺陷包括它们可能太大而不能用于有限空间的应用并且由于配置和性能要求的变化，它们可能需要定制个别空气预清洁器用于特定应用。这限制了空气预清洁器的应用并且不利地影响它们的制造的时间和成本。在需要个别定制的应用之间的空气预清洁器变型的示例包括从预清洁器向大气喷射离心地分离的微粒碎屑的所需方向，用来从预清洁器向其所用于的装置提供清洁空气的清洁空气出口的方位，装置中过滤器的大小，用来安装空气预清洁器的可用支承结构的位置和从预清洁器需要的清洁空气流率。在电动空气预清洁器的情况下，在预清洁器中马达驱动的风扇的马达寿命已被发现由于马达上的碎屑/污垢积聚而缩短，这种碎屑/污垢积聚降低了其冷却。另外，已发现用来喷射从空气预清洁器中的旋转空气流离心地分离的含碎屑的空气的喷射端口被堵塞，由此降低了操作效率并且缩短了过滤器寿命。

需要一种改进的空气预清洁器和空气清洁方法，其克服了已知空气预清洁器的这些缺陷和局限性。更特定而言，需要一种改进的空气预清洁器，其为紧凑的，允许其用于有限空间的应用中，并且其对于具有不同配置和清洁空气流率要求的应用是通用的，从而避免了完全定制个别空气预清洁器用于每种应用的需要并且缩短了制造时间并且降低了制造费用。需要一种电动空气预清洁器，其能延长其中的马达驱动的风扇的马达寿命。还需要一种改进的空气预清洁器和空气清洁方法，其在预清洁器的喷射器端口已变得堵塞的情况下将会便利于使得预清洁器恢复到其完全操作潜力。

本发明的改进的通用的紧凑型空气预清洁器、空气清洁方法和一次性空气滤筒解决了这些需要。根据所公开的实施例，用于从含碎屑的空气分离比空气更重的微粒碎屑以提供清洁空气流的通用紧凑型空气预清洁器包括：流动路径，其从入口延伸穿过预清洁器到出口；带风扇叶片的马达驱动的风扇，其用于将含微粒碎屑的空气抽吸入到入口并且使含碎屑的空气沿着流动路径流动；以及，空气流动管理结构，其沿着流动路径定位以使抽吸入到入口内的含碎屑的空气绕轴线旋转从而形成旋转流动，旋转流动将含碎屑的空气分层，最重的粒子在旋转流动的最外层轨道中。在流动路径中的分离器腔室从旋转流动离心地分离并且移除含微粒碎屑的空气。设置至少一个喷射器端口，含微粒碎屑的空气从分离器腔室中的旋转流动通过至少一个喷射器端口喷射，用于使空气通过分离器腔室的流动路径在通往出口的途中往回折返。所公开的实施例的预清洁器在轴线的方向上为细长的，具有位于相反端部处的入口和至少一个喷射器端口，以及位于端部中间的出口。通过以此方式使流动路径往回折返，空气预清洁器更加紧凑，允许用于具有有限空间的应用中。

通过在预清洁器上设置用来将预清洁器安装到支承件/装置上的至少一个支架来便于将空气预清洁器连接到支承结构/装置。通用性得到改进，以使该装置用于各种配置，因为空气预清洁器具有用来独立地调整出口、至少一个喷射器端口和至少一个支架中每一个绕预清洁器的轴线的径向配置的器件以配置该预清洁器来安装到该装置上和连接到其入口。在所公开的实施例中，用于独立地调整径向位置的器件包括壳体，壳体具有沿着空气预清洁器的轴线依序布置的多个壳体部段和用来可释放地连接部段和使部段相对于彼此绕轴线可调整地旋转的器件。入口位于与至少一个喷射器端口和出口的壳体部段间隔开的壳体部段上并且可释放地连接到预清洁器。因此，入口配置可易于变化，允许空气预清洁器适应空气从大气直接进入或者从连接到入口的空气供应管道间接地进入。由这些特点提供的可调整性允许将单个空气预清洁器用于许多不同应用/配置中并且也以仅很小的变化便于将不同大小的过滤器用于空气预清洁器中并且更换空气预清洁器以满足不同的空气流率要求。

所公开的本发明的空气预清洁器的优选实施例包括马达驱动的风扇，其具有安装到马达的输出轴杆上的风扇叶片。风扇叶片在流动路径中位于分离器腔室上游并且将含微粒碎屑的空气抽吸入到入口内并且使含碎屑的空气沿着流动路径流动。马达驱动的风扇支承于空气流动管理结构的护罩上。护罩相对于轴线在风扇叶片的下游向外呈锥形并且遮蔽马达驱动的风扇的马达避免进来的空气。空气流动管理结构的多个固定静叶使进来的含碎屑的空气绕轴线旋转，压缩含碎屑的空气的体积以增加空气速度和作用于空气中悬浮的粒子上的离心力。在护罩下方的马达驱动的风扇的马达在流动路径中在分离器腔室下游，这有利地减少了在马达上污垢和碎屑的积聚，用于改进的冷却和较长的马达寿命。

实施例的空气预清洁器还包括空气过滤器，空气过滤器形成分离器腔室的内壁用来从旋转流动的最内层轨道过滤空气。空气通过分离器腔室的流动路径在通过过滤器之后在通往出口的途中往回折返。过滤器为管状，优选地为圆柱形并且具有纵向延伸的内部通路用来使过滤的空气从分离器腔室朝向空气预清洁器的出口流动。

分离器腔室包括分离器腔室端部段，分离器腔室端部段包括至少一个喷射器端口。分离器腔室端部段连接到空气过滤器的一端并且与空气过滤器一起作为一次性空气滤筒与空气预清洁器可移除地连接。因此，如果在过去的过滤循环期间端口已堵塞，则在更换过滤器时，喷射端口随着过滤器一起丢弃，从而使空气预清洁器恢复其完全操作潜力。

本发明的空气清洁方法包括：将含有比空气更重的微粒碎屑的空气吸入到空气预清洁器的入口内；使含微粒碎屑的空气在预清洁器中沿着流动路径流动；使含碎屑的空气流动在预清洁器中绕轴线旋转以形成分层的旋转流动，其中最重的粒子在旋转流动的最外层轨道中；使含微粒碎屑的空气从分层的旋转流动的最外层轨道通过预清洁器的至少一个喷射器端口喷射；通过在旋转流动内沿着轴线延伸的空气过滤器从分层的旋转流动的最内层轨道过滤空气； 使过滤的空气沿着流动路径朝向空气预清洁器的出口流动，包括利用在空气预清洁器中的可移除的、一次性空气滤筒，其中空气过滤器和至少一个喷射器端口为可移除的、一次性空气滤筒的整体部分。根据该方法，离开空气过滤器的过滤空气在通往空气预清洁器的出口的途中流过马达驱动的风扇的马达。

根据本发明的一次性空气滤筒用于空气预清洁器中作为分离器腔室的部分，其中含微粒碎屑的空气被离心地分离并且通过位于分离器腔室壁内的至少一个喷射器端口从含碎屑的空气的旋转流动移除，包括：管状空气过滤器，其用于在空气预清洁器中形成分离器腔室的内壁并且在分离器腔室中从含碎屑的空气的旋转流动的最内层轨道过滤空气，管状空气过滤器具有纵向延伸的内部通路，其用于使过滤的空气从分离器腔室朝向空气预清洁器的出口流动；分离器腔室端部段，其牢固地连接到管状空气过滤器的一端并且从过滤器在径向向外延伸以形成分离器腔室壁的一部分；至少一个喷射器端口，其形成于分离器腔室端部段中用来在分离器腔室中从旋转流动移除含碎屑的空气；以及，允许将空气滤筒可释放地连接到空气预清洁器的器件。

当结合附图考虑时，通过根据本发明的优选实施例的下文的描述，本发明的这些和其它目的、特点和优点将会变得更加显然。

附图说明

图1为从一侧和从上方观察的本发明的一实施例的空气预清洁器的透视图。

图2为图1的空气预清洁器的透视图，在空气预清洁器上，在入口上方已设置可选的雨帽。

图3为图2的空气预清洁器的侧视图，被示出为直立的，如在朝向清洁空气出口的方向上所观察。

图4为图3的空气预清洁器的侧视图，其中通过将壳体的较长分离器腔室部段替代图3所示的较短分离器腔室部段作为允许使用延长寿命过滤器的过滤器延长器来延长空气预清洁器，从图1中的空气预清洁器省略了雨帽。

图5为示出图3和图4的空气预清洁器处于拆卸关系的相应部件的分解透视图，包括图2中看到的雨帽和被配置成连接到用于待清洁空气的空气供应管道的替代入口，和替代清洁空气出口壳体部段，其中在仅使用施加到清洁空气出口上的真空将含碎屑的空气吸入到空气预清洁器内的情况下已省略了马达驱动的风扇。

图6为空气预清洁器的分离器腔室/喷射器端口端部的端视图，利用箭头B、B'示意性地示出了在预清洁器的端部处在分离器腔室的外壁中从两个喷射器端口喷射含碎屑的空气的方向。

图7为清洁空气出口绕本发明的预清洁器的图1中的纵向延伸轴线A-A的八个可能的出口方向/径向位置的示意图。

图8为类似于图1的空气预清洁器的透视图，但入口被配置成连接到如在图5中看到用于待清洁空气的空气供应管道。

图9为从一侧和从上方观察的图2的空气预清洁器的透视图，其中移除了预清洁器的空气滤筒，并且以拆卸位置示出了孔口/联接构件、垫圈和金属螺钉，当安装于空气预清洁器中时，空气滤筒的端部密封到金属螺钉上。

图10为无雨帽和空气滤筒的图9的空气预清洁器的侧视图，预清洁器已被部分地剖视以示出安装于预清洁器中用来在其上以密封关系接纳空气滤筒端部的孔口/联接构件。

图11为用于可移除地附连到图10所示的预清洁器部分上的空气滤筒的透视图，具有一体式分离腔室端部段/帽，在分离腔室端部段/帽中具有喷射器端口。

图12为空气预清洁器的侧视图，部分地剖切以示出安装到分离器腔室端部上的空气滤筒，其中过滤器的自由端抵靠预清洁器中的孔口/联接构件而密封地定位，并且雨帽被示出在预清洁器上。

图13为类似于图12，部分地剖切的空气预清洁器的侧视图，但示出了静叶环朝向分离器腔室的喷射器端口端部用于分离器腔室中以促进腔室中围绕轴线A-A的旋转离心空气流动。

具体实施方式

现参考附图，所公开的实施例的电动空气预清洁器1包括由图1和图6中的箭头B、B'和B"和图12中的箭头55所示的从入口2到出口3穿过系统延伸的流动路径。马达驱动的风扇4沿着流动路径定位以将含微粒碎屑的空气吸入到入口内并且使之绕系统的纵向轴线A-A旋转以形成旋转流动，旋转流动使含碎屑的空气分层，其中最重粒子在旋转流动的最外层轨道中。在图6中喷射器端口5和5'设置于壳体11的分离器腔室端部段35中用来从空气预清洁器的分离器腔室19中的分层的旋转流动的最外层轨道喷射含微粒碎屑的空气B'。,

图示实施例的电动空气预清洁器1配备空气入口滤网6和可选的雨帽7（图2），用于例如机动车辆上的发动机罩上方的或其它户外的设施。雨帽的底侧被设计成以一定模式气动地导向空气流到入口内，具有最少量的空气流动湍流。雨帽具有中心悬垂毂51（图12），其上的四个突出部12压配到绕着在空气入口滤网的开放顶部的中心处在轴线A-A上的螺纹开口9而同心地间隔开的多个孔8（图1）中的相应孔内。雨帽利用螺纹紧固件53（图12）可移除地牢固固定到空气入口滤网上，且螺纹紧固件53从帽延伸穿过毂51中的中心孔10并且被牢固固定于空气入口滤网的螺纹开口9中。滤网与空气预清洁器的壳体11的入口端部段31一体地模制。

雨帽7在空气入口滤网6上方由中心悬垂毂而间隔开。圆形雨帽的直径大于空气入口滤网的直径并且外围形成有垂悬的环形凸缘54。凸缘朝向预清洁器延伸，但与预清洁器在径向向外间隔开，到空气入口滤网的高度用来遮蔽以防雨水进入。在入口的外圆周与凸缘之间的环形开放空间允许更重的、缓慢移动的粒子在进入到电动分离系统之前落出。这减少了在滤网上的碎屑积聚。

马达驱动的风扇14具有安装于马达14的输出轴杆13上的风扇叶片12（图12）。风扇叶片位于空气入口滤网下方并且在空气流动管理结构15的上游沿着流动路径以将所含的微粒碎屑吸入到入口内并且使含碎屑的空气沿着流动路径流动，如在图12中由箭头55示意性地示出。空气流动管理结构包括护罩16，马达驱动的风扇支承于护罩16上。可释放的紧固件17，诸如螺栓和螺母，将马达连接到护罩16（图12）的上中央端部。护罩在风扇叶片下游向外呈锥形，如在图12中看出，与连接着护罩16和壳体部段32的空气流动管理结构的周向间隔开的、成角度的固定静叶18形成外环形通路。

空气流动管理结构的锥形护罩和成角度的固定静叶压缩并且旋转由风扇吸入到入口内的含碎屑的空气以形成绕轴线A-A的旋转流动，其将含碎屑的空气分层，其中最重粒子在旋转流动的最外层轨道中。含碎屑的空气的体积在其沿着流动路径移动时被空气流动管理结构压缩以增加空气速度和作用于空气中悬浮的粒子上的离心力。马达驱动的风扇4的马达14位于与风扇叶片相反的护罩侧部上并且在清洁空气流动路径中在如图12所描绘的分离器腔室9下游。

预清洁器的分离器腔室19在流动路径中在护罩16和静叶18下游以接收旋转流动并且在旋转流动的最外层轨道中离心地分离碎屑粒子并且移除碎屑粒子。分离器腔室具有由空气预清洁器的壳体的三个壳体部段33、34和35（图3）形成的外壁20（图12）。壳体的分离器腔室端部段35闭合所述分离器腔室的下端并且支承空气过滤器23。两个径向外部喷射器端口5、5'形成于端部段35的外环形壁部分66中，当端部段由分离器腔室部段34上的可释放的弹簧夹具8牢固固定到空气预清洁器上时，端部段35的外环形壁部分66形成分离器腔室的外壁的一部分。在空气预清洁器操作期间，在分离器腔室中来自旋转流动的最外层轨道的含微粒碎屑的空气通过喷射端口喷射到大气。

管状，优选地圆柱形空气过滤器23具有穿过它的纵向延伸的内部通路24。过滤器的一端连接到端部段35。通路24形成流动路径55的一部分用于使过滤的空气从过滤器的另一开口端流动到出口。过滤器通过粘合剂在一端处密封地连接到使得分离腔室和通路24一端闭合的部段35的端壁的中心。过滤器当安装于空气预清洁器中时与轴线A-A同轴，其中过滤器位于分离器腔室内中央并且形成分离器腔室的内壁。过滤器延伸腔室的整个长度，其中另一端可释放地，密封地接合着孔口/联接构件25（图9）的凸缘。构件25可释放地连接到径向向内的凸缘26，凸缘26由螺纹紧固件61（图10）连接到空气流动管理结构的护罩16。密封垫圈62（图9）设置于凸缘26与联接构件25之间。安装于空气过滤器一端上的柔性环形密封件27（图11）密封地接合孔口/联接构件25的凸缘以确保在分离器腔室中来自分层的旋转流动的最内层轨道的空气的流动路径穿过过滤器而不是绕过过滤器。过滤的空气流动通过内部通路24，内部通路24与孔口/联接构件25中的中心孔口成开放连通并且到护罩16内的区域内，在那里，其流动经过马达驱动的风扇4的马达14并且从位于空气预清洁器端部中间的出口3出来。护罩的下外端密封地牢固固定于环形凸缘26上以用于分隔在分离器腔室上游的流动路径的部分与在分离器腔室下游的流动路径的部分。因此，通过分离器腔室中的过滤器到出口3的空气的流动路径往回折返。

附连到壳体11的出口部段32的下游端/底部的壳体的分离器腔室部段33提供旋转空气流到分离器腔室19内的平稳过渡。

密封垫圈63（图5）用于各个壳体部段之间以密封外部壳体。空气中悬浮的碎屑沿着腔室外壁20的内侧移动并且牢固地压靠在腔室外壁20内侧直到其到达分离器腔室19下端处的喷射器端口5和5'，在那里，其被喷射回环境，如上文所指出的那样。在单级分离器腔室内，在分层的旋转流动的最内层轨道中，被除去大部分碎屑的空气流通过空气过滤器内部通路24内的空气过滤器23流到空气预清洁器的清洁空气出口3和连接到出口的下游装置，诸如内燃机或通风系统。

多个壳体部段，例如入口部段31、出口部段32和分离器腔室部段33、34和35沿着轴线A-A依序布置（在它们之间具有密封垫圈63）并且由可释放的螺纹紧固件30在多个间隔开的周向位置处端对端连接到彼此。四个周向间隔开的弹簧夹具28将分离器腔室端部段35可释放地连接到壳体的分离器腔室部段34的下端。弹簧夹具的下端在端部段35的上端处绕径向向外延伸的凸缘29可释放地牢固固定。通过释放弹簧紧固件，上面牢固固定有过滤器23的端部段可旋转以将喷射端口5、5'的方向改变为空气预清洁器外围上的任何位置。存在根据具体应用定制空气预清洁器的完全360°的自由度。弹簧夹具28也被释放用来替换空气过滤器和分离器腔室端部段的组件，该组件构成可移除的一次性空气滤筒。通过将喷射器端口5、5'包括于空气滤筒的分离器腔室端部段35中，如果在过去的过滤循环期间喷射器端口已堵塞，则替换过滤器使空气预清洁器恢复到其完全操作潜力。在图6中的箭头B、B'描绘了从壳体的分离器腔室端部段35中的两个喷射端口5、5'喷射碎屑的方向。

壳体11的分离器腔室部段33与壳体的出口部段32之间的连接形成于部段上八对均匀周向间隔开的对置的舌片36，使用螺纹紧固件30连接相邻成对的舌片。通过移除螺纹紧固件，出口部段可绕轴线A-A旋转并且选择性地定位于空气预清洁器中的八个可能位置中的任何位置，其中由舌片位置提供45°转位。由图7中的箭头示意性地示出了可能的多出口配置。

壳体11的入口部段31和出口部段32连接于绕部段的外围均匀地间隔开的四对对置舌片36并且由可释放的螺纹紧固件30连接。如上文所指出的那样，在图1的实施例中入口部段31可被图5和图8中所示的入口部段31'替换，入口部段31'具有配件37作为空气供应管道的联接件，如在空气预清洁器定位于车辆发动机罩下方的情况下。

壳体11的分离器腔室部段33和34/34'和入口部段31/31'各形成有一对支架38用于将空气预清洁器在使用中安装到支承件或装置上。支架与它们的相应壳体部段一体地形成。因为部段33和34/34'和31/31'可绕轴线A-A相对于彼此和空气预清洁器而独立地旋转，支架可定位到围绕空气清洁器的外围每45°间隔开的选定周向位置，而不影响/独立于出口和喷射器端口的方向。在公开的实施例中，壳体部段由模制塑料形成，但也可使用其它材料。

根据本发明的另一特点，通过将壳体的分离器腔室形成为具有如图3所示的上部段33和下部段34（其在上部段与分离器腔室端部段35中间），可容纳不同大小的过滤器。即，如图4所示，可通过用更长的部段34'来替换部段34来改变下部段的轴向长度以在预清洁器中容纳更长的过滤器。同样，连接到空气流动管理结构的孔口/联接构件25（过滤器的上端抵靠它密封）可更换以改变空气预清洁器的空气流量限制/空气流率。在空气预清洁器中使用具有不同叶片间距的风扇叶片12也允许仅根据具体应用来对于空气预清洁器的空气流率的空气预清洁器定制做出少许改变。

马达驱动的风扇4的马达和其在空气预清洁器中的控制可根据上文所引用的共同拥有的美国专利No. 8,007,565。马达的布线39延伸穿过安装于出口部段32中的开口中的弹性线插头40。在空气预清洁器内的比空气更重的微粒碎屑的离心分离在所引用的申请中详细地描述。但是，本发明的空气预清洁器通过使用在通往位于空气预清洁器的端部中间的出口的途中往回折返的空气通过分离器腔室的空气流动路径而更加紧凑，同时允许在空气预清洁器内使用不同过滤器，并且由于空气预清洁器的通用性，允许单个空气预清洁器用于需要入口、出口、喷射器端口的不同配置以及用于支持/安装空气预清洁器的不同布置的不同应用中。也便于维修空气清洁器。在示例实施例中，在图1中的外壳11具有16.8英寸/42.7cm的长度（无雨帽，在具有雨帽的情况下为18.9英寸/48.0cm）并且附图是按照比例绘制的，但也可做出其它大小。

虽然仅已示出和描述了根据本发明的单个实施例和多个变型，应了解本发明并不限于此，而是本发明可易于做出本领域技术人员已知的许多变化和修改。例如，本发明的空气预清洁器无需包括马达驱动的风扇而是可为下面这样的类型：从被供应清洁空气的下游装置（诸如内燃机）的入口向预清洁器在其出口处提供真空。此外，牢固固定到分离器腔室壳体部段34的内壁上的静叶环64（图13）可设置于分离器腔室19的下游部分，在端部段35和喷射器端口前方。在静叶环上多个周向间隔开的、成角度的固定静叶为用来维持含碎屑的空气绕轴线A-A旋转流动的空气流动管理结构和在分离器腔室中直到喷射器端口、便于碎屑离心分离和避免特别地高空气流率的层流并且利用较长的过滤器的空气过滤器。另外，空气预清洁器无需在离心分离器腔室内包括过滤器。过滤器（若使用）可位于空气预清洁器出口的下游。紧凑性的优点和本发明的通用性可在这样的变型中保留。因此，本发明并不限于本文所示出和描述的细节，但涵盖所附权利要求的范围所涵盖的这样的变化和修改。